吴雪涛 辛宏彦 赵文迪北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007
摘 要：阐述了起重机啃轨现象一直是起重机车轮轮缘磨损的主要原因。在选用起重机车轮时，一直以车轮的轴承寿命作为其使用年限的依据，但在实际工程项目中车轮轮缘往往最先磨损掉，导致不得不更换车轮。文中介绍无轮缘车轮加装水平导向轮解决啃轨现象的设计方案，从而增加车轮的使用寿命。水平导向轮结构简单，便于调整和更换。加上防掉轨保护装置，即便在水平导向轮非正常脱落的情况下，起重机车轮也不会脱轨，运行更安全。
关键词：起重机；无轮缘车轮; 水平导向轮；侧向力
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）12-0133-03
桥式起重机（以下简称桥机）由于种种原因会偏斜运行导致大车运行车轮轮缘与轨道侧面摩擦，产生啃轨现象。车轮直径按照GB/T 3811—2008《起重机设计手册》选定后，再根据起重机的工作级别选出合适轴承，轴承的寿命往往是车轮使用寿命。但在实际工程项目中，啃轨导致的轮缘磨损成为不得不更换车轮的主要原因，大大降低了车轮使用寿命。啃轨严重时，可能会导致大车运行电机电流突然加大而烧毁，所以消除啃轨现象越来越重要。增加水平导向轮，同时采用无轮缘车轮，可以将轮缘与轨道之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，消除啃轨现象。
1 无轮缘车轮加装水平导向轮的结构形式由于厂房沉降变形导致轨道偏差过大、小车架变形导致车轮安装位置偏差以及大车两侧轮压不均等因素，发生水平导向轮与运行轨道接触，造成起重机偏斜运行。起重机偏斜运行产生水平侧向载荷作用在水平导向轮上，对于桥架水平刚度较小的起重机，此一对偏斜运行水平侧向载荷垂直作用在同侧轨道的水平导向轮上。对于桥架水平刚度较大的起重机，也可能作用在对角线水平导向轮上，但是桥机一般只在一侧加装水平导向轮，对于桥架水平刚度比较大的起重机，应考虑可能出现的对角一对力偶，有轮缘侧车轮的踏面适当加宽，避免啃轨。所以，应该根据起重机的刚度选择在起重机同一端轨道两侧布置水平导向轮或在起重机的两端同时布置水平轮。
1. 水平轮 2. 起重机轨道 3. 无轮缘车轮图1 无轮缘车轮加装水平导向轮
2 偏斜运行水平侧向载荷影响偏斜运行水平侧向载荷因素较多，准确计算比较困难。根据研究，偏斜运行水平侧向载荷Ps 与起重机的轮压P 、跨度和轮距的比值S/B 有关，根据经验公式进行估算
式中： 为起重机承受侧向载荷一侧的端梁上最大轮压之和，λ 为水平侧向载荷系数。
λ 跟跨度和轮距的比值S/B 有关，可以根据GB/T3811—2008《起重机设计规范》中的附录D 中图D.2 水平侧向载荷系数λ 中选取。偏斜运行水平侧向载荷是水平导向轮的主要受力，所以，要求端梁上的最大轮压之和计算值比较精确才能准确计算出水平导向轮的承受载荷，进而选出合适的水平导向轮。
3 无轮缘车轮和水平导向轮的相对位置水平导向轮布置在无缘轮车轮外侧，这样当端梁增加水平导向轮时，有效轮距应该取最外边2 个水平导向轮轴的间距，从而影响跨度和轮距的比值，增加起重机桥架的整体刚度。但是轮距不能无限增大，应根据不同起重机的使用工艺，合理地布置无轮缘车轮和水平导向轮的相对位置。见图2。
1. 水平导向轮 2. 无轮缘车轮 3. 端梁 4. 无轮缘车轮 5. 水平导向轮图2 无轮缘车轮与水平导向轮的布置
4 水平导向轮与轨道间隙调整和无轮缘车轮踏面宽度由于起重机轨道制造和安装误差、厂房沉降变形和起重机桥架运行一定时间后的变形，不能保证轨道和水平导向轮之间还存在正常间隙，所以轨道和水平轮之间应留有一定间隙，并且该间隙可以方便地进行手动调整。
如图3 所示，水平导向轮与轨道之间的间隙S 可以调整，具体将高强度螺栓拧松，通过螺母的转动带动螺杆，进而螺杆带动水平导向轮，进行间隙的调整。间隙调整的最大值为S max，当进行无轮缘车轮踏面设计时，踏面的宽度D 应不小于轨道的宽度b 加上水平导向轮两侧最大的间隙调整量即D ≥b +2S max。根据GB/T 10183—1988《桥式和门式起重机制造及轨道安装公差》的规定，在轨道的总长度内，侧向极限偏差为±10 mm；根据德国工业标准DINI5018 的推荐，水平导向轮与轨道间隙至少为5 mm，那么水平导向轮可以调整的间隙至少应该在15 mm。综合以上，再考虑到安全因素的影响，所以无轮缘车轮的踏面D ≥b +50。
1. 高强度螺栓 2. 水平导向轮 3. 轨道 4. 螺母 5. 螺杆图3 水平导向轮与轨道间缝隙
5 水平导向轮的直径设计起重机用水平轮主要受偏斜运行的水平侧向力作用，所以水平侧向力应小于水平导向轮的许用轮压PL =kDlC ，即Ps ≥PL , 所以水平导向轮的直径D ≥Ps / klC式中：K 为车轮或者滚轮的许用比压，l 为车轮或滚轮与轨道承压面的有效接触宽度，C 为计算系数，与转速和起重机的工作级别有关系。
6 水平导向轮的材料和车轮踏面形式由水平导向轮的许用轮压公式可知，许用轮压PL与许用比压k 成正比，许用比压k 跟材料的抗拉强度有关系，水平导向轮材料的抗拉强度越高，许用比压k 越大，所以, 水平导向轮应该选择抗拉强度高的材料。水平导向轮的车轮踏面形式应该和轨道的接触面一致，尽量增加水平导向轮的踏面与轨道接触面长度，可以增加车轮的许用轮压，起重机常用轨道的侧面有直面和锥面两种形式，应根据所选用轨道形式设计水平导向轮的踏面形式。
7 水平导向轮的转速和无轮缘车轮的转速关系在理想状态下水平导向轮的车轮踏面与轨道不接触，由于起重机的偏斜运行，当水平导向轮与起重机轨道接触后，水平导向轮的转速ν 水= kν 无式中：ν水为水平导向轮的转速，ν无为无轮缘车轮的转速，k 为无轮缘车轮与水平导向轮与的直径之比。
8 水平导向轮的脱落保护由于非正常原因导致水平导向轮脱落后，加上无轮缘的车轮因素的影响，起重机容易冲出轨道发生事故，所以, 水平导向轮加装无轮缘车轮形式设计在起重机的一端，另一端采用不加装水平的宽轮缘的大车车轮，且端梁底部加装防掉轨装置。见图4。
1. 防掉轨装置 2. 端梁图4 防掉轨装置
9 水平导向轮组的安装当水平导向轮组置于端梁端头时 ，其安装不会受整机结构影响。这时可在整机安装完毕后 , 将装配好的水平导向轮安装于端梁端头，应先将水平轮组安装支架装配在端梁，再进行车轮组的装配，且2 个水平的间距调整到最大，以免影响起重机整体吊装到厂房内时，水平轮组与轨道干涉。
参考文献[1] GB/T 3811 —2008 起重机设计规范[S].[2] 张质文，王金诺，程文明, 等. 起重机设计手册[M]. 北京：中国铁道出版社，2013.[3] DINI5018-1974 起重机钢结构计算原则[4] GB/T 10183—2005 桥式和门式起重机制造及轨道安装公差[S].
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